变频器基础原理与主要功率器件

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变频器基础原理与主要功率器件,技术规范研发部-马永宁,2,办公电话:0315-6712109 手机: 13785561863 18903257619 传真: 0315-3208350转525 E-MAIL: QQ: 458258602 WWW.EKAICHENG.COM,保持联系,n60f/p(1-s) n:电机转速 f:给电机供电的交流电频率 p:电机极对数 s:转差率,变频器又称变流器是交流电气传动系统的一种,是将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置,英文简称VVVF ( Variable Voltage Variable Frequency),变频器基础原理,变频器的控制对象 三相交流异步电机和三相交流同步电机.,2021/6/10,变频器分类,2021/6/10,技术发展,1、SCR(晶闸管)、GTO(门极可关断晶闸管)、BJT(双极型功率晶体管)、MOSFET(金属氧化物场效应管) 、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、HVIGBT(耐高压绝缘栅双极型晶闸管) 2、VVVF变频器的控制简单,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求。但在低频时,由于输出电压较小,受定子电阻压降的影响比较显著,故造成输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,因此人们又研究出矢量控制变频调速。 3、矢量控制方法,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。,技术发展,4、直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机化成等效直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。 5、VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交直交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流回路需要大的储能电容。 6、矩阵式交交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为1,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。,控制方式,PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)控制 是在逆变电路部分同时对输出电压(电流)的幅值和频率进行控制的控制方式。在这种控制方式中,以较高频率对逆变电路的半导体开关元器件进行开关,并通过改变输出脉冲的宽度来达到控制电压(电流)的目的。 正弦波PWM控制 指的是改变PWM输出的脉冲宽度,使输出电压的平均值接近于正弦波。这种控制方式也被称为SPWM控制。 AUDIBLE FREQUENCY(载波频率) 载波频率就是输出部分的开关元件产生PWM波的工作频率。通常提高开关频率可降低噪声,同时会增加变频器内的热损耗。,控制方式,-Ud,U,两象限变频回路系统构成,主要主回路元件-整流桥(二极管),二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode),;它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子,这种电子器件按照外加电压的方向,具备单向电流的转导性。一般来讲,晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层,构成自建电场。当外加电压等于零时,由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态,这也是常态下的二极管特性(即单向导电性)。,二极管结构图,主要主回路元件-整流桥(二极管),整流桥外观与符号,主要主回路元件-充电电阻,充电电阻外观与符号,变频器主电路充电电阻的作用是抑制上电的冲击电流,防止上电的瞬间大电流损坏整流桥和电解电容。,主要主回路元件-电解电容器,电解电容符号与外观,电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层氧化物作为电介质,以电解质作为阴极而构成的电容器。 电解电容器的内部有储存电荷的电解质材料,分正、负极性,类似于电池,不可接反。正极为粘有氧化膜的金属基板,负极通过金属极板与电解质(固体和非固体)相连接。,主要主回路元件-IGBT,IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。,IGBT结构图,主要主回路元件-IGBT,IGBT外观和等效电路,主回路辅助元件,均压电阻外观,直流熔断器外观,吸收电容外观,主控系统,IGBT驱动,唐山开诚电控设备集团有限公司地址:唐山国家高新技术产业开发区火炬路183 号 邮编:063020网址:E-mail:电话:0315-3206205、3206206、3173850传真:0315-3208350-905、3199339Tangshan Kaicheng Electronic Control Equipment Group Co. Ltd.No.183 Huoju Road National Hi-tech Industrial Development Zone Tangshan 063020Homepage:E-mail:Tel:(.86)-315-3206205、3206206、3173850Fax:(.86)-315-3208350-905、3199339,THANKS
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